2018 Fiscal Year Annual Research Report
Exploring the nature and origin of long-range attractive force between hydrophobic surfaces(Fostering Joint International Research)
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15KK0238
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
石田 尚之 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (80344133)
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| Project Period (FY) |
2016 – 2018
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| Keywords | 疎水性引力 / 原子間力顕微鏡 / 相互作用測定 / 作用メカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、溶液中の疎水性表面に働く引力の作用メカニズムを明らかにすることを目的として、炭化水素・フッ化炭素の化学吸着により高い疎水度を付与したシリカ粒子・プローブと、同様に疎水化させたシリコン基板間の相互作用を、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて直接精密測定を行った。
本年度はオーストラリア国立大において、Picometre Amplitude Dynamic Force Microscopyによる表面付近の溶媒の挙動解析を行う予定であったが、前年度同様装置の感度とS/N比等の問題から、予定した表面付近の溶媒の挙動解析は行えなかった。共同研究者であるVince Craig教授との協議の結果、その代わりとして、シランカップリング剤で疎水化した半径数nm～数百nmの微小な曲率半径のAFM探針表面とシリコンウェハ表面間の相互作用測定を、水および各種有機溶媒中で行い、相互作用の表面サイズ依存性について詳しい検討を行った。
水中で測定した場合、疎水度が非常に高い場合（接触角108°）の疎水性引力の作用距離は、表面の曲率半径が小さくなると短くなり、半径100-200 nm付近でとくに作用距離が大きく変化することがわかった。しかしながら、疎水度を下げて接触角を90°程度にすると、作用距離の曲率半径による変化は見られなくなった。さらに、ホルムアミド、エチレングリコール、ジヨードメタンといった有機溶媒中では、疎水（疎液）性の引力は作用距離の曲率半径によらなかった。これは、水中の疎水性引力が曲率半径・疎水度により、異なる起源をもつことを示すものであると考えられた。具体的には、作用距離が大きい引力の起源としてキャビテーションが考えられる一方、短い場合には溶媒の分子的配向がその起源であることが示唆された。
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